Sophia Loren fæddist í Rómarborg þann 20. september 1934 en fæðingarnafn hennar er Sofia Villani Scicolone. Móðir hennar, Romilda Villani, var píanókennari en langaði alltaf til að verða leikkona. Faðir Sophiu Loren, Riccardo Scicolone, neitaði að giftast móður hennar og yfirgaf þær mæðgur. Þrátt fyrir það eignuðist Sophia Loren alsystur fjórum árum síðar, Anna Maria Scicolone, en áfram neitaði Riccardo Scicolone að taka á nokkurn hátt þátt í uppeldi dætra sinnar og veitti þeim engan fjárhagslegan stuðning.
Í mikilli neyð ákvað Romalda Villani að flytja með dætur sínar til móður sinnar sem bjó í smábænum Pozzuoli, nálægt borginni Napoli, þar sem Sophia Loren átti eftir að alast upp í töluverðri fátækt. Bærinn Pozzuoli var ekki öruggur staður í seinni heimstyrjöldinni og eftir að Sophia slasast eftir að hafa lent í árás fluttust mæðgurnar til Napoli þar sem þau dvöldust þar til stríðinu lauk. Eftir stríðið snéru þær aftur til Pozzuoli. Það voru erfiðir tímar eftir að stríðinu lauk, mikil fátækt og fólk þurfti virkilega að bjarga sér. Amma Sophiu Loren bjo til dúndur kirsuberjalíkjör í eldhúsinu sínu og opnaði bar í stofunni hjá sér. Romilda, móðir Sophiu, spilaði á píanóið, Anna Maria söngá meðan Sophia lék þjónustustulku og sá um uppvaskið. Þessi óhefðbundni bar varð mjög vinsæll meðal bandarískra hermanna sem bjargaði algjörlega fjárhagstöðu fátæku fjölskyldunnar í smábænum Pozzuoli.
Þegar Sophia var fjórtán ára gömul fór allt einhvern veginn að ganga betur. Hún tók þátt í fegurðarsamkeppni í Napólí þar sem hún lenti í öðru sæti og í kjölfarið fór hún í leiklistartíma og fór að fá ýmis aukahlutverk í kvikmyndum. Hún klófesti fyrsta aðalhlutverkið sitt árið 1953, í kvikmyndinni Aida, en hún hafði árið áður breytt nafninu sínu í Sophia Loren. Hún fékk mikið lof fyrir leik sinn í myndinni og í kjölfarið var þessi óþekkta stúlka þekkt út um gjörvalla Ítalíu. Á næstu árum lék hún mörgum kvikmyndum, sérstaklega ítölskum gamanmyndum. Árið 1957 lék hún í sinni fyrstu mynd á ensku þar sem hún lék á móti Gary Grant og Frank Sinatra í kvikmyndinni Pride and Passion sem tekin var upp í París. Sophia Loren leikið í ótal kvikmyndum, bæði á ítölsku, frönsku og ensku, t.d. lék hún Boy on a Dolphin þar sem lék á móti Alan Ladd, Legend of the Lost á móti John Wayne, It Started in Naples á móti Clark Caple og El Cid á móti Charlton Heston og á móti Gary Grant í kvikmyndinni Houseboat.
Sophia Loren átti í ástarsambandi við leikarann Gary Grant á meðan á tökum kvikmyndarinnar The Pride and the Passion stóð yfir árið 1957. Gary Grant var mjög ástfanginn af Sophiu Loren og útvegaði henni aðalhlutverkið í kvikmyndinni Houseboat sem þáverandi eiginkonu Gary Grant hafði verið lofað. Ástarsambandi þeirra lauk áður en tökum á myndinni Houseboat lauk sem olli miklum vandræðum við að klára að taka upp myndina.
Sophia Loren giftist ítalska kvikmyndaframleiðandanum, Carlo Ponti, árið 1957 en þau höfðu fyrst hist árið 1950 þegar hún var sextán ára en hann 22 árum eldri. Að vísu var giftingin ógild árið 1962 þar sem ítölsk stjórnvöld höfðu ekki samþykkt skilnað Carlo Ponti við fyrrum eiginkonu sína. Þau gengu í hjónaband á nýjan leik í Frakklandi árið 1966 og voru gift allt þar til hann dó árið 2007. Hjónaband þeirra varð farsælt, þau eignuðust börn og náðu að mestu leyti að halda einkalífi sínu fyrir utan fá fjölmiðlanna.
Sophia loren hefur verið búsett í Genf uindanfarin áratug en á jafnframt hús í Napólí og Róm. síðasta kvikmyndin sem hún lék í var Nine árið 2009 en þar lék hún á móti Daniel Day-Lewis, Penelope Cruz og Kate Hudson. Á ferlinu hefur unnið til Óskarsverðlauna, Grammy-verðlauna og fimm Golden Globe-verðlauna svo fátt eitt sé nefnt.
Þegar Sophia var fjórtán ára gömul fór allt einhvern veginn að ganga betur. Hún tók þátt í fegurðarsamkeppni í Napólí þar sem hún lenti í öðru sæti og í kjölfarið fór hún í leiklistartíma og fór að fá ýmis aukahlutverk í kvikmyndum. Hún klófesti fyrsta aðalhlutverkið sitt árið 1953, í kvikmyndinni Aida, en hún hafði árið áður breytt nafninu sínu í Sophia Loren. Hún fékk mikið lof fyrir leik sinn í myndinni og í kjölfarið var þessi óþekkta stúlka þekkt út um gjörvalla Ítalíu. Á næstu árum lék hún mörgum kvikmyndum, sérstaklega ítölskum gamanmyndum. Árið 1957 lék hún í sinni fyrstu mynd á ensku þar sem hún lék á móti Gary Grant og Frank Sinatra í kvikmyndinni Pride and Passion sem tekin var upp í París. Sophia Loren leikið í ótal kvikmyndum, bæði á ítölsku, frönsku og ensku, t.d. lék hún Boy on a Dolphin þar sem lék á móti Alan Ladd, Legend of the Lost á móti John Wayne, It Started in Naples á móti Clark Caple og El Cid á móti Charlton Heston og á móti Gary Grant í kvikmyndinni Houseboat.
Sophia Loren átti í ástarsambandi við leikarann Gary Grant á meðan á tökum kvikmyndarinnar The Pride and the Passion stóð yfir árið 1957. Gary Grant var mjög ástfanginn af Sophiu Loren og útvegaði henni aðalhlutverkið í kvikmyndinni Houseboat sem þáverandi eiginkonu Gary Grant hafði verið lofað. Ástarsambandi þeirra lauk áður en tökum á myndinni Houseboat lauk sem olli miklum vandræðum við að klára að taka upp myndina.
Sophia Loren giftist ítalska kvikmyndaframleiðandanum, Carlo Ponti, árið 1957 en þau höfðu fyrst hist árið 1950 þegar hún var sextán ára en hann 22 árum eldri. Að vísu var giftingin ógild árið 1962 þar sem ítölsk stjórnvöld höfðu ekki samþykkt skilnað Carlo Ponti við fyrrum eiginkonu sína. Þau gengu í hjónaband á nýjan leik í Frakklandi árið 1966 og voru gift allt þar til hann dó árið 2007. Hjónaband þeirra varð farsælt, þau eignuðust börn og náðu að mestu leyti að halda einkalífi sínu fyrir utan fá fjölmiðlanna.
Sophia loren hefur verið búsett í Genf uindanfarin áratug en á jafnframt hús í Napólí og Róm. síðasta kvikmyndin sem hún lék í var Nine árið 2009 en þar lék hún á móti Daniel Day-Lewis, Penelope Cruz og Kate Hudson. Á ferlinu hefur unnið til Óskarsverðlauna, Grammy-verðlauna og fimm Golden Globe-verðlauna svo fátt eitt sé nefnt.